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環氧改性聚三唑樹脂共混體系的研究（三）
3 結果和討論
3.1環氧-PTA樹脂固化過程
隨著6150樹脂的比例升高，第二個峰的放熱量增加，峰值溫度升高。DSC曲線表明，6150在PTA樹脂及其固化物的作用下，也可發生固化反應，但由于PTA在180℃時固化反應大致完成，已經形成交聯網絡，而180℃以后環氧樹脂6150開始固化。從固化反應機理分析，PTA中的叔胺使6150開環固化，但由于其活性基團濃度較低，致使固化峰值溫度過高，超過200℃甚至230℃,對其玻璃化溫度而言，這樣的固化溫度過高，從產品制造周期考慮，該樹脂體系優勢不大，因此單獨使用6150樹脂與PTA樹脂共混并不合適。
100~200℃時有兩個重合的峰，隨著TDE85比例升高，左側PTA的固化峰逐漸變弱，直至接近消失，右側TDE85的固化峰放熱量增大，峰值溫度基本不變，這可能是由于TDE85將PTA稀釋，使得PTA樹脂固化溫度升高，與TDE85固化峰重合程度變大。當環氧樹脂與PTA樹脂的質量比為1：1時，共混樹脂固化過程更為平穩。出現TDE85固化峰說明PTA樹脂固化交聯過程中含有叔胺基團的產物能夠催化固化TDE85樹脂。與6150相比，TDE85具有三個活性位點（環氧基團），反應活性高，在較低溫度下（175℃),反應達到峰值。但TDE85價格較高，從產品制造成本考慮，單獨使用TDE85缺少競爭力。
在以往工程實踐中，為了控制成本和保證產品綜合性能達到要求，通常將6150和TDE-85樹脂以質量比為1:1的混合使用?；诠こ虘脤嵺`和單一種類環氧樹脂與PTA樹脂固化特性的探索，本文采用6150，TDE85和PTA質量比為1:1:2的配方體系進行后續研究。
樹脂體系固化溫度為100~200℃,左側100~150℃為PTA的固化峰，強度較弱，右側150~200℃為環氧樹脂TDE85和6150的固化峰，兩個峰重合部分較大。此樹脂比例的配方體系能夠實現材料的高性能化和低成本化。
PTA樹脂斷裂面大部分光滑，含有少量褶皺，為脆性或者半脆性斷裂面，環氧樹脂和環氧-PTA混合樹脂的斷面具有大量褶皺，為典型的韌性斷裂面，掃描電鏡結果表明環氧-PTA共混樹脂體系比純PTA樹脂韌性更好。
3.2碳纖維增強樹脂基復合材料耐熱性
通過纏繞法制備T700增強樹脂基復合材料單向板，圖7為三種復合材料的儲能模量和損耗模量曲線。表2為DMA測試得到的三種材料的玻璃化轉變溫度。
T700/PTA、T700/環氧和T700/環氧-PTA的初始儲能模量分別為70，50，60GPa，環氧-PTA共混體系的儲能模量介于兩種單一樹脂之間，PTA樹脂能有效提升環氧樹脂的剛性，而環氧樹脂可以改善PTA樹脂的韌性。T700/PTA、T700/環氧和T700/環氧-PTA的玻璃化轉變溫度分別為213.2、140.7和191.6℃,PTA樹脂中含有大量芳環和雜環結構，有效提高了共混樹脂體系的耐溫性能。
3.3碳纖維增強樹脂基復合材料單向板力學性能
采用非熱壓罐和真空袋的常規纏繞工藝制備了T700/PTA、T700/環氧以及T700/環氧-PTA復合材料單向板，測定其力學性能
結果表明：T700/PTA復合材料單向板的力學性能較差，壓縮強度*為751.5MPa，層間剪切強度為41.6MPa，這可能是由于PTA樹脂中含有大量溶劑，常規方法所制備單向板的空隙較大，另外由于聚三唑樹脂固化后分子結構剛性導致材料的韌性偏低。相比于T700/PTA復合材料，T700/環氧-PTA復合材料的力學性能明顯提升，其中0°拉伸強度為2046.6MPa，提高了10.2%；0°壓縮強度為1259.6MPa，提升了67.6%；彎曲強度為1880.9MPa，提升了35.2%；層間剪切強度為100.9MPa，提升了142.5%。力學性能提高的主要原因在于環氧樹脂中含有一定的柔性鏈與極性基團，提高了樹脂基體韌性的同時也提高了樹脂基體與碳纖維界面性能。由于樹脂基體能夠更加有效地傳導載荷，在宏觀上體現為樹脂拉伸、彎曲以及層間等力學性能的提升。與T700/環氧和T700/環氧-PTA復合材料在力學性能上各有優劣，T700/環氧的0°拉伸強度稍高，T700/環氧-PTA的0°壓縮強度較優。
PTA樹脂與碳纖維界面較差，界面存在空隙，樹脂無法完全包覆纖維。與之相比，環氧樹脂和環氧-PTA樹脂與碳纖維界面良好，樹脂能夠完全包覆纖維。掃描電鏡結果證明環氧樹脂能夠有效改善PTA樹脂與碳纖維的界面性能，從而實現碳纖維增強復合材料力學性能的提升。
復合材料單向板的性能測試表明，與PTA樹脂相比，共混樹脂體系的力學性能有了很大提高，同時耐熱性也比純環氧樹脂有較大提高。這些結果也說明：環氧樹脂和PTA樹脂的性能充分互補，從而使得復合材料的綜合性能良好。
（未完待續）
來源：熱固性樹脂，哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司，邁愛德編輯整理
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